4.细胞膜的分子生物学-细胞膜的结构

null第四章 细胞膜 （Cell Membrane）第四章 细胞膜 （Cell Membrane）null细胞膜（Cell Membrane）： 细胞质与外界相隔的一层薄膜，又叫质膜；细胞内由膜构成的结构其成分基本相近，因此又把细胞中的所有膜统称为生物膜。 生物膜： ①脂类 蛋白质 ②蛋白质分子镶嵌于脂双层中，执行膜的各种功能非共价键质膜外面常有糖类附着，形成糖脂或糖蛋白。 null主要功能：（1）使细胞功能区室化 （2）使细胞的多种结构协同工作 （3）参与完成物质的跨膜转运 （4）协助细胞内外的信息交流 （5）参与细胞间的相互作用 第一节 质膜的化学组成第一节 质膜的化学组成null膜脂 生物膜 基本骨架 膜蛋白 多种方式 与脂双层结合 膜糖 质膜表面磷脂 糖脂 胆固醇膜内在蛋白（整合膜蛋白） 膜外在蛋白（周边膜蛋白）与脂类结合- 糖脂 与蛋白结合- 糖蛋白细胞膜的基本骨架一、膜脂（Membrane Lipid）一、膜脂（Membrane Lipid） 膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。 （一）磷脂(phospholipid) 是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50％以上。磷脂为双型性分子（amphipathic molecules）或双亲媒性分子或兼性分子。 null磷脂 磷脂酰胆碱(PC) 磷脂酰乙醇胺（PE） 磷脂酰丝氨酸(PS) 磷脂酰肌醇(PI) 鞘磷脂(SM) 以甘油为骨架以鞘醇胺为骨架①具有一个极性头和两个非极性的尾(脂肪酸链) ②脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由16,18或20个组成； ③饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱和脂肪 酸(如油酸)； null质膜中存在的磷脂（二）、糖脂 脂类＋寡糖（二）、糖脂 脂类＋寡糖总量5% 以下，也是双性分子，含糖而不含磷酸的脂类。在神经细胞膜上含量较高。 参参 神经节苷脂: 神经元细胞膜重要成分之一 家族性白痴病（Tay-sachs disease）糖脂位于细胞外表面，参与细胞识别和信号转导。null糖脂 1. 半乳糖脑苷脂，2. GM1神经节苷脂，3. 唾液酸 （三）、胆固醇（三）、胆固醇存在真核细胞膜上，双性分子，含量约膜脂的1/3。 功能:提高膜的稳定性;调节流动性;降低水溶性物质的通透性。胆固醇在脂双层中的位置 （四）、脂质体（Liposome）（四）、脂质体（Liposome）脂质体（liposome）是根据磷脂分子在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的一种人工膜。 人工脂质体可用于： 1.转基因(脂质体中裹入DNA可用于基因转移) 2.在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体 3.研究生物膜的特性 null兼性分子在水环境中存在的三种形式： 单分子团 双分子层 脂质体nullLiposomes. (A) An electron micrograph of unfixed, unstained phospholipid vesicles (liposomes) in water. The bilayer structure of the vesicles is readily apparent. (B) A drawing of a small spherical liposome seen in cross-section. Liposomes are commonly used as model membranes in experimental studies. 脂双层的特点脂双层的特点⑴自我封闭性⑵装配性⑶流动性⑷不对称性 (a)水溶液中的磷脂分子团；(b)球形脂质体； (c)平面脂质体膜；(d）用于疾病治疗的脂质体的示意图null 膜脂的功能： 1）支撑，膜脂是细胞的骨架；null2）维持构象并为膜蛋白行使功能提供环境； 3）是部分酶行使功能所必需的。 二、膜蛋白（Membrane Protein）二、膜蛋白（Membrane Protein）膜蛋白是膜功能的主要体现者。核基因组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。 根据与膜脂结合的不同方式可分为： 膜内在蛋白（整合膜蛋白） 膜外在蛋白（周边膜蛋白）外周蛋白 脂锚定蛋白 null蛋白与膜的结合方式 ①、②整合蛋白；③、④脂锚定蛋白；⑤、⑥外周蛋白 null（一）膜内在蛋白（integral proteins） 又称为整合蛋白，以不同程度嵌入脂双层的内部。膜蛋白为两性分子。它与膜结合非常紧密，只有用去垢剂（detergent）才能从膜上洗涤下来，常用SDS和Triton-X100。 内在蛋白的跨膜结构域形成亲水通道 多个α螺旋组成亲水通道； β折叠组成亲水通道。 null（二）膜外在膜蛋白(peripheral membrane protein) 与膜连接较松散，较轻柔（置于高、低渗或极端pH溶液中）即可破坏蛋白之间的连接而不损伤脂双层。null去垢剂是一端亲水、另一端疏水的两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂nullnull膜蛋白功能： 运输蛋白：转运特定的分子或离子 催化代谢反应的酶 连接蛋白：连接细胞的骨架和细胞外基质成分 受体蛋白：信号转导 三、膜糖类三、膜糖类 真核细胞表面均有糖类，位于膜的非胞质侧 ㈠ 膜糖类存在的形式 1.单个糖链共价结合于膜脂分子形成糖脂 2.单个糖链共价结合于膜蛋白分子形成糖蛋白 3.多个糖链共价结合于膜蛋白分子形成蛋白多糖 ㈡ 膜糖类的功能㈡ 膜糖类的功能保护细胞表面—细胞外被(糖萼) 大多数真核细胞膜表面，富糖类的周缘区称为细胞外被(糖萼)null糖萼糖脂和糖蛋白上所有的糖类都位于膜的非胞质面一侧2.细胞间的识别与黏附2.细胞间的识别与黏附第二节 生物膜的特征第二节 生物膜的特征一、细胞膜具有流动性 二、细胞膜具有不对称性一、流动性一、流动性膜脂和膜蛋白处于不断的运动状态，称为膜的流动性，是细胞进行生命活动的必要条件。㈠ 脂双层是一个二维的流体 1.膜脂运动的种类 ⑴.侧向扩散（lateral diffusion） ⑵.翻转运动（flip-flop） ⑶.旋转运动（rotation） ⑷.弯曲运动（flexion） null膜流动性的生理意义: 酶活性与流动性有极大的关系，流动性大活性高。 如果没有膜的流动性，细胞外的营养物质无法进入，细胞内合成的胞外物质及细胞废物也不能运到细胞外，这样细胞就要停止新陈代谢而死亡。 null膜流动性与信息传递有着极大的关系。 如果没有流动性，能量转换是不可能的。 膜的流动性与发育和衰老过程都有相当大的关系。 膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。 null （二）.影响脂双层流动性的因素相变（phase transition）: 由同一种类型磷脂合成的脂双层，可在一个凝固点上由液态转变为凝胶状态，这种物态的转变叫相变。相变温度越低，膜从液态转变为固态的速度越慢，膜的流动性越能保持。 nullnull⑴脂肪酸链的饱和度 越不饱和 相变温度 膜流动性 ⑵脂肪酸链的链长 链越短 相变温度 膜流动性 ⑶胆固醇 含量越多 膜流动性 ⑷卵磷脂/鞘磷脂 比例越高 膜流动性 ⑸膜蛋白和膜脂的结合方式null（三）膜蛋白在膜中的运动 1.侧向扩散 2.旋转运动二、细胞膜的不对称性二、细胞膜的不对称性 ㈠ 脂双层的不对称性 1.脂双层所含磷脂种类有极大不同（相对） 2.糖脂均分布于生物膜的非胞质侧（绝对）null膜脂的不对称性 膜脂的不对称性表现在脂双层中分布的各类脂的比例不同，各种细胞的膜脂不对称性差异很大。null㈡ 膜蛋白的不对称性 1.整合膜蛋白跨越脂双层有一定方向 2.膜外在蛋白在膜内外的分布不对称 3.糖蛋白的糖残基均位于膜的非胞质侧null膜的不对称性的意义 膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性，保证了生命活动的高度有序性。第三节 细胞膜分子结构模型第三节 细胞膜分子结构模型1.   E. Gorter & F. Grendel 1925 推测细胞膜由双层脂分子组成。null2.   J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm。这就是所谓的“单位膜”模型。它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成。null3.液态镶嵌模型 脂质双层 内在、外在蛋白 流动性null性生物膜是嵌有球形蛋白质的脂类二维排列的液态体，它是一种动态的、不对称的具有流动性的结构。 这一模型强调了膜的流动性和不对称性，较好地体现细胞的功能特点，被广泛接受，也得到许多实验的支持。 null4.脂筏模型 富含胆固醇和鞘磷脂的区域， 载有蛋白质。 脂筏就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系null质膜 内膜 生物膜内质网 高尔基体 溶酶体 细胞膜（外、内） 线粒体